JP3657629B2 - マスチック発泡性防火被覆のための補強材系 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、一般的にはマスチック防火被覆に関し、特にはかかる被覆のための補強材系に関する。
【０００２】
【発明の背景】
構造物を火災から守護するのにマスチック防火被覆が使用される。１つの普及した用途は、化学プラント、海洋油田及びガス田のプラットホーム並びに製油所のような炭化水素処理施設である。また、かかる被覆は、ＬＰＧ（液化石油ガス）タンクのような炭化水素貯蔵設備の周囲にも使用される。
【０００３】
また、被覆は、構造鋼部材にもしばしば適用されそして絶縁層として働く。火災においては、被覆は、火炎を消し又は構造物を空にするための余裕の時間を与えるために鋼の温度上昇を遅らせる。さもないと、鋼は急速に熱が上昇して崩壊する場合がある。
【０００４】
マスチック被覆は、エポキシ又はビニルのようなバインダーを使用して形成される。このバインダーには、被覆に所望の防火性を与えるための様々な添加剤が含められる。バインダーは鋼に付着する。
【０００５】
１つの特に有用な群のマスチック防火被覆は、“発泡性”と称される。発泡性被覆は、火炎の熱に暴露したときに膨張しそしてフオーム様のチャーに変わる。このフオーム様のチャーは、低い熱伝導性を有しそして基体を絶縁する。発泡性被覆は時には“融蝕性”又は“昇華性”被覆とも称される。
【０００６】
マスチック被覆はたいていの基体に対してよく付着するけれども、被覆中にメッシュを埋設させることが知られている。メッシュは、基体に機械的に取り付けられる。カースル氏外の米国特許第３，９１３，２９０号及び同第４，０６９，０７５号には、メッシュの使用が記載されている。これらの特許では、メッシュは、火炎中でチャーが生成するや否やそれを補強すると説明されている。より具体的に言えば、メッシュは、被覆にひびが入る又は“裂け目が生じる”機会を減少させる。裂け目は、被覆が提供する保護を減少させる。というのは、それは熱をより容易に基体に到達させるからである。物質に亀裂が生じても、それらはメッシュを使用したときにはそれ程深くない。その結果、マスチックは厚く適用される必要はない。また、防火性マスチックを補強するのにガラス布も使用されてきた。米国特許第３，９１５，７７７号にはかかる系が記載されている。しかしながら、ガラスは被覆が暴露される可能性がある温度において溶融する。一旦ガラスが溶融すると、それは利益を全く提供しない。ガラスは防火被覆によって一部分絶縁されるけれども、発泡性系は硼素又はガラス融剤である他の物質を含有する場合が多いことが認識されている。融剤は、ガラス補強材の軟化点を低下させる。その結果、ガラスは、その材料が暴露される可能性があるいくらかの火災現場では適切な補強を提供しない。
【０００７】
２つの広く使用されている種類のガラス繊維の例は、オーエンス・コーニング社によって製造販売されるＥ−ガラス及びＳ−ガラスである。Ｅ−ガラスは、３４３℃に加熱したときにその引張強度の２５％を失う。Ｓ−ガラスは、わずかに強力であるけれども、同じ温度においてその強度の２０％を失う。７３２℃及び８４９℃の温度に加熱すると、Ｅ−ガラス及びＳ−ガラスはそれぞれ目立って軟化し、そして８７７℃及び９７０℃程でＥ−ガラス及びＳ−ガラスはそれぞれ、これらの物質から作った繊維がそれら自身の重量を維持できなくなる程に軟化してしまう。これらの低い軟化温度は、ガラス補強材を使用する欠陥である。
【０００８】
マスチック被覆と組み合わせたメッシュの使用は回避されてきた。何故ならば、それはその物質を適用するコストを増大させるからである。多くのコストの増加をもたらさずに機械的に取り付けられた金網の利点を得るのが望ましいであろう。
【０００９】
【発明の概要】
上記の背景を念頭に入れて、本発明の目的は、比較的低い製造コスト、低い設置コスト及び良好な防火性を有する防火被覆系を提供することである。この目的及び他の目的は、繊維の組み合わせから作られたメッシュを使用して達成される。高い軟化点を有する不融性で不燃性の軟質繊維が相対的に低い軟化点を有する繊維と編成される。
【００１０】
【発明の具体的な説明】
本発明は、添付図面と関連させた以下の詳細な説明を参照することによって更によく理解されよう。図１は、炭化水素処理施設における構造鋼材に対して使用することができるような柱１００を示す。１つの柱が示されている。しかしながら、本発明は、ビーム、梁、管状体若しくは他の形の構造部材又は火炎から保護するのが必要な他の表面例えば壁、床、デッキ及び隔壁に適応する。被覆１０２は、柱１００の露出面に適用される。被覆１０２は、公知のマスチック発泡性防火被覆である。多くの好適な被覆のうちの１つの例は、米国マサチューセッツ州ローエル所在のテキストロン・スペシャルティ・マテリアルズから入手可能な商品名「Ｃｈａｒｔｅｋ」の塗料である。
【００１１】
被覆１０２には、混成メッシュ１０４が埋設される。混成メッシュ１０４は、３４３℃を越えた温度においてその室温引張強度の８０％以上を維持する軟質で不燃性の繊維質材料を含有する。好ましくは、この繊維質材料は、８４９℃以上そしてより好ましくは１，２００℃以上の温度においてその室温引張強度の８０％以上を維持する。好適な繊維質材料の例は、炭素、硼素及びグラファイト繊維である。炭化珪素又は炭化チタンのような炭化物、二硼化チタンのような硼化物、アルミナ又はシリカのような酸化物又はセラミックを含有する繊維を使用することができる。繊維は、モノフィラメント、マルチフィラメント、トウ又はヤーンの形態を取る。ヤーンを使用するときには、それらは、連続フィラメントヤーン又はストレッチブロークン若しくはスパーンヤーンのような不連続フィラメントヤーンのどちらであってもよい。以下では、かかる物質は、“高温繊維”と総称されている。かかる高温繊維は、溶接した金網と比較して軽量で且つ軟質であるという利益を提供する。加えて、それらは、燃焼、溶融又は腐蝕せずそして多くの環境影響に耐える。
【００１２】
炭素ヤーンが好ましい高温繊維である。炭素ヤーンは、一般には、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）繊維又はピッチ繊維のどちらかから作られる。次いで、ＰＡＮ又はピッチは、酸素の存在下に４５０°Ｆ前後の比較的低い温度に徐々に加熱される。この徐々の加熱工程は“酸化繊維”と称されるものを生じる。ＰＡＮ及びピッチ繊維は比較的燃焼性でありそして高められた温度でそれらの強度を比較的急速に失うのに対して、酸化繊維は比較的不燃性でしかも３００°Ｆまでの温度において比較的不活性である。それよりも高い温度では、酸化繊維は重量を失う場合があるが、しかしいくらかの火災環境におけるある防火被覆中に使用するのに受け入れ可能である。酸化繊維は少なくとも６０％が炭素であるのが好ましい。
【００１３】
炭素繊維は、公知の製造技術に従って酸化繊維から第二の熱処理サイクルによって作られる。この第二熱処理工程はある場合には必要でない。というのは、同様な熱処理が火災中で行われる可能性があるからである。熱処理後に、繊維は好ましくは９５％を越えた炭素そしてより好ましくは９９％を越えた炭素を含有する。炭素繊維は、前駆体物質よりも軽量で、強力でしかも熱又は火炎に対して抵抗性である。しかしながら、炭素は必要とされる処理工程の増加のためにより高価である。炭素繊維は、空気中で５００℃において１時間当たりその重量の約１％を失うに過ぎない。防火被覆中に埋設すると、それは一層低くなる。
【００１４】
混成メッシュは低温繊維を含有する。この低温繊維は、高温繊維を一緒に保持して取り扱い易いメッシュにするのを助ける。取り扱いが容易なメッシュを提供するには火炎中で適切な補強を提供するのに必要とされるよりも多くの繊維が要求されることが分かった。その結果、低温繊維が高温繊維と織成される。低温繊維は、比較的低いコストを有するように且つメッシュに良好な取扱容易性を提供するように選択される。好適な低温繊維の例は、ガラス繊維、「Ｋｅｖｌａｒ」繊維（アラミドに対するデュポン社の商品名）、鉱物性繊維、玄武岩、有機繊維、ナイロン、ポリエステル又は他の合成繊維である。また、繊維の組み合わせを使用することもできる。
【００１５】
ガラス繊維が好ましい。かかる繊維は、コストが比較的低くしかも取り扱いが容易なメッシュを作る。その上、発泡性被覆中に混成メッシュを使用するときには、ガラス繊維は、発泡の早期段階でいくらかの好ましい作用を提供するのに十分なだけ高い軟化温度を有する。
【００１６】
図２は、混成メッシュ２０４の構造を示す。ここでは、リノ織が使用されている。よこ糸２０６は炭素ヤーンである。炭素よこ糸２０６は、ガラスよこ糸２０８と交互に並ぶ。たて糸は、ガラスヤーン２１０及びガラス炭素混紡ヤーン２１２を交互に並べることによって作られる。最終の結果は、高温繊維によって結合された寸法Ｍ₁ を有する大格子を持つ開放織物である。この大格子は、低温繊維によって形成される寸法Ｍ₂ を有する小格子によって目を詰められる。好ましくは寸法Ｍ₁ は４インチよりも小さく、より好ましくは１インチよりも小さくそして最も好ましくは約０．５インチである。寸法Ｍ₂ は、好ましくは２インチ以下でそしてより好ましくは０．５インチ以下である。最も好ましくは、Ｍ₂ は約１／４インチである。これらの隙間を有するメッシュは、発泡性材料中に使用したときに適切な強度を提供し且つ亀裂を減少させる。この隙間は、マスチック被覆への容易な組み込みを可能にするのに十分なだけ大きい。
【００１７】
図２では、混成メッシュ２０４は、大格子及び小格子の両方とも平方形であるものが示されている。しかしながら、それらの格子が平方形であることは必要でない。格子は、長方形でも又はメッシュの構造から生じる任意の形状のものであってよい。
【００１８】
例えば、図３では、一直線でない高温たて糸繊維３１２を含むと混成メッシュ３０４が示されている。その結果、大格子及び小格子の両方とも長方形でない。図３の混成メッシュ３０４は、たて糸方向Ｗにおいて容易に膨張するという利益を提供する編成メッシュである。発泡性防火被覆の補強剤として使用したときには、メッシュが膨張するのが望ましい。被覆が発泡するにつれて、それは外部に向かって押し進む。というのは、それは膨張して厚い絶縁ブランケットを提供するからである。メッシュが膨張するならば、それは、被覆がより多く発泡するのを可能にしそれ故により大きな絶縁を提供する。
【００１９】
この増加した膨張は、膨張した被覆が膨張していない被覆よりも大きい表面積を有するような場合には縁端において又は管の如き小径物品で特に重要である。これらの箇所では、発泡性被覆に亀裂が最も起こり易い。しかしながら、膨張性メッシュから十分な利益を得るためには、混成メッシュ３０４は、膨張方向に垂直な又は接線的なたて糸方向Ｗで配向されることが必要である。図１では、例えば、たて糸方向Ｗは柱１００のフランジ縁の周囲であることが示されている。この態様で、フランジ縁の周囲の被覆の半径が火炎中で増大するにつれて、メッシュ補強剤も増大する。その結果、フランジ縁にある発泡性被覆に亀裂が生じるのが少なくなる。
【００２０】
膨張性メッシュの第二の利益は、必要とされる発泡性防火材料が少なくて済むことである。メッシュを使用すると、亀裂が生じたときにも、それらはそれ程深くないことが認められた。一般には、亀裂はメッシュよりも深く被覆に侵入しない。膨張性メッシュを使用した場合には、発泡性防火材料が発泡するにつれて、メッシュが基体から遠く離れる。その結果、メッシュと基体との間により厚い絶縁材料が形成される。かくして、亀裂がメッシュの下側まで生じても、基体はより良好に絶縁される。この作用は、薄い被覆即ち０．３５インチ以下の被覆では特に重要である。
【００２１】
ここで図３に戻って、混成メッシュの構成についてより詳細に説明する。混成メッシュ３０４は、たて糸を縒りそしてよこ糸を挿入した２−横棒型角目網（２−bar maquisette）として特徴ずけられる織物である。高温繊維として、「Ａｍｏｃｏ Ｔ−３００」の３，０００フィラメント炭素ヤーンが使用された。低温繊維としては、「Ｏｗｅｎｓ−Ｃｏｒｎｉｎｇ ＥＣＣ１５０」ガラスヤーンが使用された。たて糸炭素繊維３１２及びよこ糸炭素繊維３１４は、各方向において１／２インチ間隔を置いて離された角を有する大格子を形成する。小格子は、たて糸ガラスヤーン３１６及びよこ糸ガラスヤーン３１８によって形成される。ガラスヤーンは、約１／２インチ×１／４インチの四角形を作る。これらの四角形は炭素ヤーンによって形成される四角形から１／４インチ程ずれているので、それらは２つの１／４インチ×１／４インチの小格子を形成するために長手方向の軸に沿ってたて糸炭素ヤーン３１４によって二分される。
【００２２】
混成メッシュ３０４は、よこ糸差込部を備えたラッシェル編機で作られた。たて糸方向Ｗに走るステッチは、２本のガラスヤーンをパイル編機において１インチ当たり４つのパイルステッチで編むことによって作られる。これらのステッチは、１／４インチ間隔を置いて離される。他のパイルステッチ３１６Ｂはすべて単一の炭素ヤーン３１２を含む。
【００２３】
よこ糸炭素繊維３１４は、よこ糸方向の差込によって加えられる。よこ糸ガラス繊維３１８は１／２インチ毎の“縒り”によって製造される。縒りとは、１つのパイルからの糸を隣接するステッチに移すことを意味する。
【００２４】
たて糸３１６Ｂは真っ直ぐではない。これらの繊維のサーペンチン（蛇行）形状は、ステッチ３１６Ｂに炭素ヤーン３１２を含めたことによって、ヤーン３１６Ａ及び３１６Ｂにおいてその張力が異なるという事実から生じる。このサーペンチン形状は、メッシュが伸長するのを可能にするので望ましい。
【００２５】
混成メッシュに対して糊付けを使用してメッシュの取扱容易性を向上させることもできる。
【００２６】
図１に戻ると、柱１００は、次の操作に従って被覆される。先ず、マスチック発泡性被覆の層を柱１００に適用する。マスチック発泡性被覆は、吹付、こて塗又は他の都合の良い方法によって適用することができる。被覆が硬化する前に、混成メッシュ１０４をその表面上に広げる。メッシュ１０４は、柱１００のできるだけ多くの縁の周囲に１つの連続したシートとして巻かれるのが望ましい。メッシュ１０４は、溶剤中に浸漬されたこて若しくはローラーで又は他の都合の良い手段によって被覆中に圧入される。その後、追加的なマスチック発泡性物質が適用される。次いで、被覆１０２は通常の被覆として仕上げられる。かくして、炭素メッシュは“自由遊動性”である。何故ならば、それは基体に対して直接には機械的に取り付けられないからである。
【００２７】
【実施例】
例１
約１８インチ円周の鋼管を８ｍｍの発泡性防火材料で被覆した。その被覆中に図３に示すような混成メッシュを鋼管の表面から約５ｍｍまで埋め込んだ。管を２，０００°Ｆの炉に入れた。
試験後、混成メッシュのガラス部分は観察することが不可能であった。混成メッシュの炭素部分は、管表面から約９〜１０ｍｍ離れたところに見つかった。混成メッシュの周囲は、約１８ 1/3インチから約１ 3/4インチ増大した。定性的には、この被覆には、金属メッシュで補強した発泡性防火材料を使用して保護した同様な基体よりも過酷な亀裂が少ないことが認められた。
【００２８】
例２
１０ＷＦ４９ビームの一部分に適用されたマスチック発泡性防火被覆中に図３に示されるような混成メッシュを埋め込んだ。被覆は、５ｍｍの平均厚さで適用された。混成メッシュは、ビームのフランジ縁において表面から３ｍｍ程埋め込まれた。予め２，０００°Ｆに加熱された炉に入れると、ビームの平均温度は、ビームに埋め込んだ熱電対によって測定して４８分後に１，０００°Ｆであった。７ｍｍの防火材料を被覆し同じ種類のメッシュを埋め込んだ第二のビーム部分では、１，０００°Ｆまでの時間は６３分であった。
比較として、メッシュを含めずに同様にして試験したビームは３０分後に１，０００°Ｆに達した。
直接には比較できないけれども、１０ＷＦ４９柱に０．２７インチの発泡性防火材料を被覆した。フランジ縁にある被覆に金属メッシュを埋設した。柱を炉に入れ、次いでＵＬ１７０９基準に従って２，０００°Ｆに加熱した。柱は、６０分後に１，０００°Ｆの平均温度に達した。５ｍｍの厚さにすると、この時間はわずか４４分になる。
【００２９】
ここで図４を説明すると、防火被覆４０２中に埋設された別の混成メッシュ４０４が示されている。図示されるように、メッシュ４０４は、柱のフランジ縁の周囲で１つの方向だけに走る炭素ヤーン４０６を有する。炭素ヤーン４０６は、低温繊維４０８によって一緒に保持される。この態様で、高温繊維の量が減少される。
【００３０】
以上の如く本発明を説明したけれども、他の具体例を構成できることも明らかであろう。異なる種類又は組み合わせの繊維を使用することもできよう。また、ここに記載したような混成メッシュは、ビーム、柱、隔壁、デッキ、管、タンク及び天井張り材料のような様々な基体上の防火被覆を補強するのにも使用することができる。かくして、本発明は、特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ヤーンメッシュが埋設された被覆を示す。
【図２】 本発明の１つの具体例に従った混成織メッシュを示す概略図である。
【図３】 本発明の１つの具体例に従った混成編メッシュを示す概略図である。
【図４】 本発明の１つの具体例に従った混成メッシュを有する被覆ビームを示す概略図である。
【符号の説明】
１００、４００ 柱
１０２、４０２ 防火被覆
１０４、２０４、３０４、４０４ 混成メッシュ
２０６ よこ糸炭素ヤーン
２０８ よこ糸ガラスヤーン
２１０ たて糸ガラスヤーン
２１２ ガラス炭素混紡ヤーン
３１２ たて糸炭素ヤーン
３１４ よこ糸炭素ヤーン
３１６ たて糸ガラスヤーン
３１８ よこ糸ガラスヤーン
４０６ 炭素ヤーン

Claims (10)

1. 基体上にあるマスチック発泡性防火被覆において、被覆が該被覆中に埋設されたメッシュ織布によって補強されており、そしてメッシュ織布が、
   （ａ）たて糸及びよこ糸方向に走って４インチ（１００ｍｍ）よりも少なく間隔を置いて離された隣接かどを有する大格子（Ｍ１）を画成する第一の複数の繊維であって、３４３℃においてその室温引張強度の８０％以上を保持する第一の複数の繊維（２０６、２１２、３１２、３１４、４０６）、及び
   （ｂ）第一の複数の繊維と織成されて２インチ（５０ｍｍ）よりも少なく間隔を置いて離された隣接かどを有する小格子（Ｍ２）を画成する第二の複数の繊維であって、３４３℃においてその室温引張強度の８０％以下を保持する第二の複数の繊維（２０８、２１０、３１８、４０８）、
   からなることを特徴とするマスチック発泡性防火被覆。
2. メッシュ織布が基体に対して直接機械的に付設されていないことを特徴とする請求項１記載の被覆。
3. 第一の複数の繊維（２０６、２１２、３１２、３１４）が炭素繊維からなることを特徴とする請求項１又は２記載の被覆。
4. 第二の複数の繊維がガラス繊維（２０８、２１０、３１８）からなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の被覆。
5. 大格子（Ｍ１）が、１／４インチ（６ｍｍ）よりも多く間隔を置いて離された隣接かどを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の被覆。
6. 第一の複数の繊維（２０６、２１２、３１２、３１４）がセラミック繊維からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の被覆。
7. 第一の複数の繊維のいくらか（３１２）が蛇行形状を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の被覆。
8. 第二の複数の繊維のいくらか（３１６、３１８）が編成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の被覆。
9. （ａ）基体に自己付着性マスチック発泡性防火被覆の第一層を適用し、
   （ｂ）第一層に、
   たて糸及びよこ糸方向に走って４インチ（１００ｍｍ）よりも少なく間隔を置いて離された隣接かどを有する大格子（Ｍ１）を画成する第一の複数の繊維であって、３４３℃においてその室温引張強度の８０％以上を保持する第一の複数の繊維（２０６、２１２、３１２、３１４、４０６）、及び
   第一の複数の繊維と織成されて２インチ（５０ｍｍ）よりも少なく間隔を置いて離された隣接かどを有する小格子（Ｍ２）を画成する第二の複数の繊維であって、３４３℃においてその室温引張強度の８０％以下を保持する第二の複数の繊維（２０８、２１０、３１８、４０８）、
   からなるメッシュ織布を適用し、そして
   （ｃ）メッシュ織布の上にマスチック発泡性防火材料の第二層を適用する、
   各工程を含む、構造部材を火災に対して保護する方法。
10. メッシュが第一方向において膨張し、そして埋設工程がメッシュを構造部材の縁に対して垂直の第一方向で整列させることを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。

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